نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

ارزیابی آزمایشگاهی و تحلیل ترمودینامیکی سیستم ذخیره‌ساز انرژی سرمایشی مبتنی بر آیس‌بانک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران
2 دانشگاه جامع علمی کاربردی مرکز خراسان شمالی، تهران، ایران
10.22060/mej.2026.26099.7993
چکیده
در این پژوهش، عملکرد ترمودینامیکی یک سامانه ذخیره‌ساز انرژی سرمایشی از نوع آیس‌بانک به‌صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. هدف، تحلیل رفتار پارامترهای کلیدی سیکل تبرید شامل کار مصرفی کمپرسور، ظرفیت سرمایشی اواپراتور، ضریب عملکرد و راندمان نسبت به حالت ایده‌آل کارنو در طول فرایند شارژ بود. داده‌های فشار و دما در نقاط مختلف سیکل اندازه‌گیری و با استفاده از روابط ترمودینامیکی، پارامترهای عملکردی استخراج شدند. نتایج نشان داد کار مصرفی کمپرسور در ابتدای فرایند در مقادیر پایین‌تری قرار داشته و با افزایش بار سرمایشی به‌تدریج افزایش یافته و پس از حدود ۸۰ تا ۱۰۰ دقیقه در یک بازه پایدار تثبیت می‌شود. ظرفیت سرمایشی اواپراتور نیز به دلیل پویایی فرآیند انجماد، ابتدا کاهش یافته، سپس نوسان داشته و در ادامه با افزایش ضخامت لایه یخ و بهبود انتقال حرارت، روندی افزایشی پیدا می‌کند. ضریب عملکرد سیکل در ابتدا بیش از 5/2 بوده، اما با گذشت زمان و افزایش بار حرارتی، به حدود 5/1 کاهش یافته و در این محدوده پایدار می‌گردد. همچنین، راندمان سیکل از حدود ۷۵ درصد در ابتدای آزمایش به حدود ۵۰ درصد در شرایط پایدار کاهش می‌یابد که بیانگر افزایش تلفات ترمودینامیکی نظیر افت فشار و برگشت‌ناپذیری‌ها است. به‌طور کلی، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که سیستم آیس‌بانک دارای رفتار پایدار اما با راندمان متوسط بوده و پتانسیل قابل‌توجهی برای بهبود عملکرد از طریق بهینه‌سازی شرایط کاری و اجزای سیکل تبرید دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Evaluation and Thermodynamic Analysis of an Ice-Bank-Based Cold Thermal Energy Storage System

نویسندگان English

Amin Jodat 1
Tohid Nazarpuor 1
Amin Emamian 1
Mojtaba Najafian 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Bojnord, Bojnord, Iran
2 Centre of North Khorasan, University of Applied Sciences and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In this study, the thermodynamic performance of an ice-bank-based cold thermal energy storage system was experimentally investigated. The main objective was to analyze the behavior of key refrigeration cycle parameters, including compressor work, evaporator cooling capacity, coefficient of performance (COP), and system efficiency relative to the ideal Carnot cycle during the charging process (ice formation). For this purpose, temperature and pressure data were measured at various points of the cycle, and the performance parameters were calculated using thermodynamic relations. The results showed that the compressor work was initially low and gradually increased with the rising cooling load, reaching a quasi-steady state after approximately 80–100 minutes. The evaporator cooling capacity exhibited an initial decrease due to the dynamics of the freezing process, followed by a fluctuating region, and then increased again as the ice layer thickened and heat transfer conditions improved. The COP was initially above 2.5 but decreased with time and increasing thermal load, stabilizing around 1.5 under steady operating conditions. Furthermore, the system efficiency decreased from approximately 75% at the beginning of the experiment to about 50% in the steady state, indicating increased thermodynamic losses such as pressure drops and irreversibilities. Overall, the results demonstrate that the ice-bank system exhibits stable operation with moderate efficiency and possesses significant potential for performance enhancement through optimization of operating conditions and refrigeration cycle components.

کلیدواژه‌ها English

Cold thermal energy storage
Ice bank
Experimental study
Vapor compression refrigeration cycle
Condenser

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 شهریور 1405